■ 林永康 高林 易明德 張輝

隨著我國(guó)城市化發(fā)展的加快、人口的迅猛增長(zhǎng)導(dǎo)致客流量不斷加大，致使交通壓力與日俱增。為緩解地面交通擁堵?tīng)顩r，許多城市都在積極籌劃軌道交通建設(shè)項(xiàng)目。2017年9月，比亞迪云軌作為我國(guó)首條擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的跨座式單軌在銀川建成并通車(chē)[1]，并相繼在我國(guó)多地區(qū)投入建設(shè)。跨座式單軌交通的快速發(fā)展對(duì)單軌軌道交通建設(shè)的工程質(zhì)量和效率也提出了更高要求，同時(shí)也對(duì)相應(yīng)工程機(jī)械設(shè)備提出了更高需求和挑戰(zhàn)。

1 發(fā)展現(xiàn)狀分析

城市單軌交通的快速發(fā)展，意味著單軌軌道電氣化施工、檢修和維護(hù)需要大量的相關(guān)工程機(jī)械裝備[2]。目前我國(guó)市場(chǎng)上的單軌軌道交通專用工程機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用發(fā)展還處于相對(duì)薄弱的階段，眾多配套工程設(shè)備尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。我國(guó)只有少數(shù)公司在經(jīng)營(yíng)單軌軌道交通工程機(jī)械設(shè)備這一產(chǎn)業(yè)，常見(jiàn)的專用工程機(jī)械設(shè)備主要采用內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，以柴油為燃料，有動(dòng)力足、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在空氣污染[3]、制造成本高、區(qū)域轉(zhuǎn)移性差的缺點(diǎn)，并且發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)源源不斷的轟鳴聲也使得現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境非常差，很不利于員工的身心健康，而且車(chē)身自質(zhì)量大、吊裝困難，不適合跨區(qū)域搬運(yùn)轉(zhuǎn)移。

隨著城市單軌軌道交通建設(shè)進(jìn)一步向建設(shè)周期短、投資成本低、安全可靠性高等方向發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對(duì)單軌軌道交通工程設(shè)備的可靠、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、舒適性等方面也提出了更迫切需求，這將推動(dòng)相關(guān)專業(yè)技術(shù)的研究，同時(shí)也必然提升我國(guó)設(shè)計(jì)制造水平，并完善相應(yīng)的產(chǎn)品體系和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足城市單軌軌道交通建設(shè)日益增長(zhǎng)的需求。

2 工程檢修車(chē)概述

在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)下，云軌軌道交通建設(shè)若要實(shí)現(xiàn)將造價(jià)縮減到地鐵的1/5、建設(shè)周期縮減到地鐵的1/3[4]這一目標(biāo)，傳統(tǒng)施工方式的效率低下，已嚴(yán)重制約云軌軌道交通的建設(shè)，傳統(tǒng)施工方式的效率見(jiàn)表1，因此迫切需要更加高效實(shí)用、經(jīng)濟(jì)效益更優(yōu)的工程機(jī)械設(shè)備來(lái)輔助工程施工。

表1 傳統(tǒng)施工方式的效率

因此自主開(kāi)發(fā)一種更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、布局更合理的跨座式單軌工程檢修車(chē)，用于更快更有效地輔助云軌軌道交通建設(shè)所涉及的導(dǎo)電軌安裝、線纜敷設(shè)以及品質(zhì)檢驗(yàn)和后期維護(hù)等作業(yè)。主要包括造型設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)、尺寸參數(shù)、總裝布置，以及整車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、舒適性和可靠性設(shè)計(jì)。

工程檢修車(chē)主體結(jié)構(gòu)包括主框架、電池裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、電控裝置、導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪裝置以及制動(dòng)裝置。電池裝置采用安全性高、成本低、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保的比亞迪自主研發(fā)鐵電池；驅(qū)動(dòng)裝置采用一整套三合一模塊（電機(jī)、減速機(jī)、行走輪）；電控裝置采用可靠性高的PLC控制；驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用低速大扭矩電機(jī)，以保證較大的起動(dòng)扭矩和良好的低速穩(wěn)定性，電控裝置與電機(jī)驅(qū)動(dòng)為閉式回路系統(tǒng)相連，采用脈沖變頻調(diào)速，可使工程車(chē)在0～20 km/h實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。制動(dòng)裝置、抱梁裝置與液壓開(kāi)式回路系統(tǒng)相連，多種安全保護(hù)裝置確保工程檢修車(chē)安全運(yùn)行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是操縱更簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率更高，運(yùn)行更平穩(wěn)、環(huán)保且舒適。

2.1 主要技術(shù)要求

2.1.1 功能要求

功能要求見(jiàn)表2。

2.1.2 材料要求

材料質(zhì)量直接影響整車(chē)載質(zhì)量，因此工程檢修車(chē)所選用的材料必須按照設(shè)計(jì)要求選用。在滿足現(xiàn)行國(guó)標(biāo)的要求下，宜采用輕量化、高強(qiáng)度的金屬材料。

2.1.3 焊接要求

工程檢修車(chē)主框架（見(jiàn)圖1）采用的是一體焊接方式，是車(chē)上各裝置機(jī)構(gòu)的載體，是整車(chē)結(jié)構(gòu)的重要部分。其焊接精度和強(qiáng)度直接影響部件安裝和整車(chē)質(zhì)量安全，所以必須由具有焊接資質(zhì)的專業(yè)人員實(shí)施。同時(shí)焊接前做好技術(shù)交底，并嚴(yán)格按照焊接工藝施工，完成后對(duì)焊縫和質(zhì)量進(jìn)行檢查與驗(yàn)收。

表2 主要功能要求

圖1 工程檢修車(chē)主框架

2.1.4 涂裝要求

由于戶外使用環(huán)境的特殊性，工程檢修車(chē)的金屬表面極易發(fā)生氧化銹蝕，進(jìn)而使整車(chē)承載性能下降或損壞。表面涂裝則是為防止車(chē)輛金屬部位被氧化腐蝕的重要手段。工程檢修車(chē)要求涂裝前必須先清理表面的塵土、鐵銹、油脂、焊渣等附著物，且在環(huán)境溫度5～35 ℃進(jìn)行底漆、中涂漆、面漆的防腐蝕涂層施工，并保證涂層及漆面連續(xù)完整無(wú)損，結(jié)合良好。裝配好后，被損傷的涂層部位應(yīng)先將表面處理干凈后再用同質(zhì)、同色的涂料進(jìn)行修補(bǔ)。

2.2 遵循標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

工程檢修車(chē)在設(shè)計(jì)與制造以及安裝和驗(yàn)收上遵循如下現(xiàn)行有效的標(biāo)準(zhǔn)（包括但不限于）：

（1）GB 50458—2008《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》；

（2）GB 50205—2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》；

（3）GB 50054《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》；

（4）GB 50254《電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范》。

2.3 整車(chē)功能

工程檢修車(chē)共分為六大功能區(qū)，分別為：驅(qū)動(dòng)功能、防護(hù)功能、行走功能、控制功能、轉(zhuǎn)向功能、輔助功能，具體功能見(jiàn)圖2。

3 工程檢修車(chē)組成

根據(jù)功能需求，工程檢修車(chē)設(shè)計(jì)成一種既能滿足工程作業(yè)，又能滿足品質(zhì)檢驗(yàn)的施工輔助工程檢修車(chē)。

（1）工程檢修車(chē)由主框架、作業(yè)平臺(tái)、電池裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置、照明裝置及隨車(chē)工具等組成；

（2）搭載消防器材及警示裝置各1套；

（3）設(shè)置220 V交流電源輸出接口和0～36 V直流電源輸出接口；

圖2 工程檢修車(chē)功能樹(shù)形圖

（4）選配備用發(fā)電機(jī)1臺(tái)。

3.1 主框架

工程檢修車(chē)框架采用H形承載結(jié)構(gòu)，主要利用60 mm×60 mm、40 mm×40 mm、20 mm×20 mm方通和3 mm防滑鋼板由焊接工藝制作，框架及其他結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵部位的焊縫大部采用滿焊工藝，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，承載性良好。

3.2 作業(yè)平臺(tái)

（1）作業(yè)平臺(tái)為半封閉式結(jié)構(gòu)，一端為延伸半開(kāi)放工作平臺(tái)，封閉外皮材質(zhì)為1．5 mm冷軋鋼板，采用螺栓緊固與焊接組合工藝；

（2）平臺(tái)兩端設(shè)計(jì)成圍欄結(jié)構(gòu)，以保證平臺(tái)透光性和廂內(nèi)人員的視野；

（3）平臺(tái)單側(cè)承載500 kg，空間尺寸為：950 mm×6 070 mm，可滿足4名作業(yè)人員同時(shí)進(jìn)行施工作業(yè)；

（4）平臺(tái)兩側(cè)各設(shè)有防爆大燈，且隨車(chē)配備常用維護(hù)工具；

（5）平臺(tái)兩側(cè)都設(shè)有上下樓梯，方便作業(yè)人員左右互通，并提供作業(yè)人員到軌道梁面的出入通道。

3.3 電池裝置

電池裝置采用安全性高、成本低、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保的比亞迪自主研發(fā)鐵電池，并通過(guò)與之配套的電池管理裝置給工程檢修車(chē)提供電力，相比內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)更經(jīng)濟(jì)環(huán)保（見(jiàn)圖3）。電池管理裝置具備專用充電樁和市電交流220 V插座2種接入充電方式，在使用時(shí)更加方便。并可選擇隨車(chē)配備發(fā)電機(jī)作為備用電源以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

3.4 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置包括行走輪、減速機(jī)、大扭矩電機(jī)等，采用鏈條和鏈輪傳動(dòng)（見(jiàn)圖4），行走時(shí)輕便、平穩(wěn)、舒適性好，不會(huì)出現(xiàn)行走輪滑移的現(xiàn)象。行走輪和導(dǎo)向輪均采用實(shí)心橡膠輪胎，與主框架為非剛性連接，各導(dǎo)向輪對(duì)軌道梁側(cè)面壓力通過(guò)減振彈簧來(lái)調(diào)節(jié)。

3.5 制動(dòng)裝置

工程檢修車(chē)的制動(dòng)裝置由行車(chē)制動(dòng)和駐車(chē)制動(dòng)2部分構(gòu)成（見(jiàn)圖5）。

行車(chē)制動(dòng)主要有電氣制動(dòng)和碟剎制動(dòng)。電氣制動(dòng)是利用車(chē)輛在停止過(guò)程中施加與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的扭矩以限制工程檢修車(chē)移動(dòng)[5]。碟剎制動(dòng)包括制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)鉗，安裝在制動(dòng)鉗上的摩擦塊與制動(dòng)盤(pán)共同組成一對(duì)摩擦副，通過(guò)摩擦制動(dòng)盤(pán)面達(dá)到制動(dòng)目的[6]。

駐車(chē)制動(dòng)采用液壓抱梁，即通過(guò)液壓動(dòng)力促使抱梁裝置對(duì)軌道梁施加壓力以增大工程車(chē)和軌道梁間的摩擦力，確保工程檢修車(chē)在駐車(chē)作業(yè)時(shí)的人機(jī)安全。

3.6 起吊環(huán)

在工程檢修車(chē)頂端四角對(duì)稱位置設(shè)置有8個(gè)起吊環(huán)，以確保在工程檢修車(chē)起吊時(shí)重心平衡并提高安全性，將4條專用吊帶分別掛在8個(gè)起吊環(huán)上，利用起重機(jī)將工程檢修車(chē)整體起吊上梁。

3.7 主要部件

主要部件見(jiàn)表3。

4 工程檢修車(chē)應(yīng)用實(shí)例

圖3 動(dòng)力電池組

圖4 傳動(dòng)裝置

圖5 盤(pán)式制動(dòng)器

表3 主要部件清單

該工程檢修車(chē)作為跨座式單軌設(shè)施建設(shè)和維護(hù)檢修的安全高效平臺(tái)，目前已經(jīng)成功導(dǎo)入濟(jì)寧和安陽(yáng)云軌線路中使用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用驗(yàn)證，工程檢修車(chē)單次滿電續(xù)航里程可達(dá)20 km，可用于云軌軌道交通的絕緣支架安裝、接觸軌安裝、電纜敷設(shè)、品質(zhì)檢測(cè)、維護(hù)檢修等，并能適應(yīng)軌道最小轉(zhuǎn)彎半徑45 m、上下坡斜度最大100‰的復(fù)雜作業(yè)環(huán)境，同時(shí)在使用該工程檢修車(chē)之后，在效率和經(jīng)濟(jì)效益方面較之前都有很大提升（見(jiàn)表4、圖6）。

表4 使用工程檢修車(chē)之后效率

圖6 應(yīng)用展示

5 結(jié)束語(yǔ)

工程檢修車(chē)是基于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、智能檢測(cè)技術(shù)，為跨座式單軌軌道交通建設(shè)服務(wù)的專用設(shè)備。由于采用比亞迪鐵電池作為電力源，不僅安全可靠，還可以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離作業(yè)；并且采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式，相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)方式，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，造價(jià)更低，且沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，能效轉(zhuǎn)換率更高，更加節(jié)能環(huán)保；同時(shí)有效提高作業(yè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保障工程質(zhì)量，對(duì)縮短單軌軌道交通的建設(shè)周期和保障建設(shè)安全有重要意義。